[其他]電容式位置傳感器

無效

• 申請號: 85100991
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100991B
• 公開（公告）日: 1987-06-10
• 發明（設計）人: 林文
• 申請（專利權）人: 西安儀表廠;西安市工業自動化儀表研究所
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24;G01B7/02
• 代理公司: 機械工業部專利代理服務處
• 代理人: 潘憲曾,鮑燕平

本發明是屬于用于記錄儀表內作為位置反饋或 其他長行程位置檢測輸出模擬信號的變面積式電容 位置傳感器。

已知的變面積電容式位置傳感器是由一對差動 電容器構成，電極形狀精確度要求很高，同時相對運 動的電極間的距離變化對輸出精度也有很大影響，雖 然由于做成差動電容器而得到一定補償，但仍然不容 易把輸出精度提高。精度不易提高的原因是差動電 容器只有一對，無法把多個差動電容器銜接起來得到 連續的輸出信號。此外，這類傳感器都是線性輸出， 改變輸出的線性度是很不方便的，不能滿足非線性反 饋的需要，例如在熱電偶測量的記錄儀表上。

已知的多電極電容式位置傳感器有美國專利號 為US-A-4303919的傳感器，為了解決多元測 量，綜合輸出信號的方法是每個傳感元件的輸出經二 極管整流獨立地放大再求和。日本專利申請號為 JP-A-昭53-112769的多電極電容式位置傳 感器劃分電極是為了得到非線性輸出等效于改變發 送電極的形狀，由于雜散電容的問題，非線性的精確 度不易獲得，也難丁得到高精度輸出。

本發明的任務是在不提高制造精度的基礎上把 位置傳感器的輸出精度提高一小等級。同時可以用 簡單的方法改變輸出的線性度，其目的是，例如用在 熱電偶測量的記錄儀表上作位置反饋，在非線性輸出 的情況下保持刻度尺和記錄紙為等分刻度。

其任務是這樣解決的：把一定長度的接收電極劃 分為許多小塊，排成一行，互相絕緣，形成許多小塊的 接收電極。發送電極是比較短的，發送電極與接收電 極之間保持一定間隙，每塊接收電極順次經整流二極 管接到串聯電阻的對應接點上，串聯電阻的起點接參 考點，終點是電壓輸出端。在發送電極上加上高頻電 壓，就會有高頻電流流過發送電極與接收電極。高頻 電流被整流成直流電流流過串聯電阻至參考點，該電 流在電阻上產生一定的電壓降，在終點輸出。直流電 流的總電流是恒定值，所以當發送電極移動時，不是 改變直流電流的總電流，而是改變幾個接點流過的電 流比例，其比例是依據接收電極與發送電極的電耦合 面積的大小而定。于是，發送電極的移動就等效于改 變了總電流流過的電阻阻值的大小，輸出電壓就隨著 發送電極的移動作連續變化。

附圖簡要說明：

圖1本發明的一種實施方案

圖2高頻電壓向發送電極傳送的示意圖

圖3本發明的另一種實施方案

圖4菱形發送電極的邊的修正實例

本發明的最佳實施方案：

一種實施方案如圖1所示為單純的位置傳感器， 接收電極是大小相同的矩形，互相絕緣，并盡可能互 相靠近地并排成一行。與發送電極有電耦合的接收 電極產生的高頻電流經反向整流二極管整流后經 R。入參考點，其余接收電極都不通過電流，串聯電 阻上的全部電壓降就是輸出U_out。作為電流自穩定 系統的反饋電壓U_r是來自所有正向整流二極管的 全部電流經電阻R_r產生的。電阻的個數與接收電 極數相等，電阻R₀是為了使起始端的輸出電壓成為 規范值。所有的電阻與整流二極管的接點都接有濾 波電容器。

為了使流過串聯電阻的總電流是恒定值，不受各 種影響而變化，例如由于發送電極與接收電極之間的 距離不能保持恒定值；高頻振蕩器的電子元件參數發 生變化；溫度、濕度引起的變化等。需有一個電流自 動穩定系統，它的反饋是由接收電極的高頻電流的半 波整流電流經濾波而形成的。它的控制對象是高頻 振蕩器的輸出電壓的振幅。

串聯電阻的阻值決定輸出的線性。當串聯電阻 是由相等阻值的電阻構成時，輸出電壓與輸出位置之 間有線性關系；當串聯電阻是由不相等的阻值的電阻 構成時，輸出電壓和輸入位置之間是非線性關系。故 可以通過改變電阻阻值的方法得到各種非線性關 系。

改變線性度的串聯電阻用插件的結構形式安裝 在位置傳感器上，在同一種基本結構的位置傳感器上 僅僅通過更換插件就可以得到不同的線性度。

發送電極是以菱形為基礎的，它的沿運動方向上 的對角線長度約為被一個電阻所跨接的接收電極的 中心距的偶數倍數。

發送電極采用菱形的優點是當串接電阻為不同 阻值時，非線性的輸出曲線是斜率逐漸變化的連續曲 線，而不是折線組成的。雖然串聯的電阻個數并不 多，但輸出曲線可以相當好地逼近理論值。